《风能及其应用》课件.ppt
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- 风能及其应用 风能 及其 应用 课件
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1、风能及其应用风能及其应用 1一次能源和二次能源一次能源和二次能源1.1.从能源产生的方式可分为一次能源和二次能从能源产生的方式可分为一次能源和二次能源。源。所谓一次能源一次能源,是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源,它包括:原原煤、天然气、太阳能、水能、风能、地热煤、天然气、太阳能、水能、风能、地热等;2.为了满足生产和生活的需要,有些能源要加工转换后使用,成为二次能源二次能源,指由一次能源经经过加工转换过加工转换以后得到的另一种形态的能源产品,例如:电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油等。电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油等。2可再生能源可再生能源1.1.从能源是否可再利用的角度,一次能源可
2、从能源是否可再利用的角度,一次能源可再次被分为再生能源和非再生能源两大类。再次被分为再生能源和非再生能源两大类。可再生能源,是指在自然界中可不断可再生能源,是指在自然界中可不断再生并可以持续利用的资源,它主要包括再生并可以持续利用的资源,它主要包括太阳能、风能、水能、地热能、生物质能太阳能、风能、水能、地热能、生物质能等等;3非再生能源非再生能源v非再生能源,是指经过亿万年的,短期内非再生能源,是指经过亿万年的,短期内无法恢复的能源,包括无法恢复的能源,包括原煤、原油、天然原煤、原油、天然气、油页岩、气、油页岩、等等。随着我们使用越来越多,它就会变得越来越少,直到用到枯竭为止,在自然界中它们将
3、不会再生。在自然界中它们将不会再生。4非清洁型能源和清洁型能源非清洁型能源和清洁型能源v根据能源消耗后是否造成环境污染可分根据能源消耗后是否造成环境污染可分为非清洁型能源和清洁型能源。为非清洁型能源和清洁型能源。对环境污染大的能源称为环境污染大的能源称为非清洁型非清洁型能源,包括煤炭、石油等能源,包括煤炭、石油等;v对环境无污染或污染小的能源称为清洁清洁型能源,包括水能、太阳能、风能型能源,包括水能、太阳能、风能和核能等。5常规能源和新能源新能源v常规能源是指经过相当长的历史时期已经被人类长期广泛利用的能源。它包括一次能源中的可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然煤炭、石油、天然气气等资
4、源。v新能源新能源是指采用新的科学技术才能开发和利用并有发展潜力的能源,包括太阳能、风能、地热能、太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能海洋能、生物能以及用于核能发电的核燃料等。v(北方大地烧农作物秸秆的利弊北方大地烧农作物秸秆的利弊)6思考题思考题v1 1 国家国家十二五规划的建议十二五规划的建议中要求重点发中要求重点发展哪几种新能源?展哪几种新能源?v2 2 为什么说风能是太阳能的一种形式?为什么说风能是太阳能的一种形式?v3 3 风能的利用有哪几种形式?风能的利用有哪几种形式?v4 4 风能发电要具备哪些条件?风能发电推广风能发电要具备哪些条件?风能发电推广的主要问题是什么?的主要问题是什
5、么?7风能利用的优势风能利用的优势v1 1能源问题已成为当今世界瞩目的大事。煤、能源问题已成为当今世界瞩目的大事。煤、石油、天然气等常规能源发生危机,供不应石油、天然气等常规能源发生危机,供不应求,逐渐枯竭,因此,各国都在大力开发太求,逐渐枯竭,因此,各国都在大力开发太阳能、生物能、核能、氢能等新能源。阳能、生物能、核能、氢能等新能源。v2 2风能为太阳能的一种形式风能为太阳能的一种形式,只要太阳不灭,只要太阳不灭,它就取之不尽,用之不竭。据估计全世界可它就取之不尽,用之不竭。据估计全世界可利用的风能约为利用的风能约为1010亿千瓦,比水利资源多亿千瓦,比水利资源多1010倍。光陆地上的风能就
6、相当于目前全部火力倍。光陆地上的风能就相当于目前全部火力发电量的一半。发电量的一半。v3 3投资少,建成后使用价廉,且无污染。投资少,建成后使用价廉,且无污染。8风能的形成风能的形成v风能的来源是太阳能风能的来源是太阳能。v 太阳光照射在地球上,因地球表面地形太阳光照射在地球上,因地球表面地形差异大,高原、盆地、森林、沙漠、山川差异大,高原、盆地、森林、沙漠、山川沟壑,气候不同沟壑,气候不同,气流流动状况不同气流流动状况不同,各地表各地表面温度也不同,热空气上行,冷空气补充,面温度也不同,热空气上行,冷空气补充,就形成了风。就形成了风。9风能密度风能密度v风能密度:空气在风能密度:空气在1 1
7、秒内以速度为秒内以速度为V V流过单位面积产流过单位面积产生的动能称为风能密度:生的动能称为风能密度:v风能密度是气流在单位时间内垂直通过单位面积的风能,是描述一个地方风能潜力的最方便最有价值的量,但是在实际当中风速每时每刻都在变化,不能使用某个瞬时风速值来计算风能密度,只有长期风速观察资料才能反映其规律,故引出了平均风能密度的概念。10风能主要应用风能主要应用v1 1、风力提水、风力提水 v 风力提水自古至今一直得到较普遍的应用。至风力提水自古至今一直得到较普遍的应用。至2020世纪下半时,为解决农村、牧场的生活、灌溉和牲世纪下半时,为解决农村、牧场的生活、灌溉和牲畜用水以及为了节约能畜用水
8、以及为了节约能 源,风力提水机有了很大的源,风力提水机有了很大的发展。发展。v 现代风力提水机根据用途可以分为两类。现代风力提水机根据用途可以分为两类。v一类是一类是高扬程小流量的风力提水机高扬程小流量的风力提水机,它与活塞泵配,它与活塞泵配合提取深井地下水,主要用于草原、牧区,为人畜合提取深井地下水,主要用于草原、牧区,为人畜提供饮水。提供饮水。另一类是低扬程大流量的风力提水机另一类是低扬程大流量的风力提水机,它与螺旋泵相配,提取河水它与螺旋泵相配,提取河水,湖水主要用于农田灌溉、湖水主要用于农田灌溉、水产养殖或海水制盐。风力提水机在我国用途广阔,水产养殖或海水制盐。风力提水机在我国用途广阔
9、,如如“黄淮河平原的盐碱改造工程黄淮河平原的盐碱改造工程”就大规模就大规模 采用风采用风力提水机来改良土壤。力提水机来改良土壤。11风能主要应用风能主要应用v2 2、风力发电、风力发电v利用风力发电已越来越成为风能利用的主要形式,利用风力发电已越来越成为风能利用的主要形式,受到世界各国的高度重视,而且发展速度最快。受到世界各国的高度重视,而且发展速度最快。风风力发电通常有三种运行方式力发电通常有三种运行方式。v一是一是独立运行独立运行方式,通常是一台小型风力发电机向方式,通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力,它一户或几户提供电力,它用蓄电池蓄能用蓄电池蓄能,以保证无,以保证无风时的用电
10、。风时的用电。v二是二是风力发电与其他发电方式(如柴油机发电)相风力发电与其他发电方式(如柴油机发电)相结合结合,向一个单位或一个村庄或一个海岛供电。,向一个单位或一个村庄或一个海岛供电。v三是风力发电并入常规电网运行三是风力发电并入常规电网运行,向大电网提供电,向大电网提供电力;常常是一处风场安装几十台甚至几百台风力发力;常常是一处风场安装几十台甚至几百台风力发电机,这是风力发电的主要发展方向。电机,这是风力发电的主要发展方向。v下表为美国小型风力发电系统的设计指标下表为美国小型风力发电系统的设计指标 121kw系统系统8kw系统系统40kw系统系统输出输出功率功率1kw以上、电压以上、电压
11、 120V、直流发电机与蓄电池配直流发电机与蓄电池配套使用套使用8kw以上以上、60Hz,120Q40V(与煤气发电系统连接)(与煤气发电系统连接)三相、三相、60Hz,240480V(独立电源或与电力网连(独立电源或与电力网连接)接)额定额定风速风速9ms9ms9ms(水平轴形风车,(水平轴形风车,转转 速为速为400、800、1760rmin)风速风速控制控制范围范围尽可能宽,但要考虑经尽可能宽,但要考虑经济性济性尽可能宽尽可能宽最高风速为最高风速为27ms以上以上风速风速75ms75ms56ms以上以上 使用使用年限年限25年以上年以上 25年以上年以上30年以上年以上可靠可靠性性平均平
12、均10年内无损坏年内无损坏 制造制造成本成本1500美元美元/kw以下以下750美元美元/kw 500美元美元kw主要主要设备设备风机、传动机构、发电风机、传动机构、发电机、调节器(塔架、基机、调节器(塔架、基建、蓄电池自由选择建、蓄电池自由选择)风机、传动机构、发电机、风机、传动机构、发电机、调节器、塔架(蓄电池、逆调节器、塔架(蓄电池、逆变器、其他设备、基建自由变器、其他设备、基建自由选择)选择)风机、传动机构、发电风机、传动机构、发电 机、调节器、塔架、动力机、调节器、塔架、动力输输 出装置(基建自由选出装置(基建自由选择)择)13风能主要应用风能主要应用v3 3、风帆助航、风帆助航v在
13、机动船舶发展的今天,为节约燃油和提高航速,在机动船舶发展的今天,为节约燃油和提高航速,古老的风帆助航也得到了发展。航运大国日本已在古老的风帆助航也得到了发展。航运大国日本已在万吨级货船上采用电脑控制的风帆助航,节油率达万吨级货船上采用电脑控制的风帆助航,节油率达1515。v4 4、风力致热、风力致热v随着人民生活水平的提高,家庭用能中热能的需随着人民生活水平的提高,家庭用能中热能的需要越来越大,特别是在高纬度的欧洲、北美取暖,要越来越大,特别是在高纬度的欧洲、北美取暖,热水是耗能大户。为解决家庭及低品位工业热能的热水是耗能大户。为解决家庭及低品位工业热能的需要,风力致热有了较大的发展。需要,风
14、力致热有了较大的发展。14风力致热风力致热v “风力致热风力致热”是将风能转换成热能。目前有三种是将风能转换成热能。目前有三种转换方法。转换方法。一是一是 风力机发电,再将电能通过电阻丝风力机发电,再将电能通过电阻丝发热,变成热能发热,变成热能。虽然电能转。虽然电能转 换成热能的效率是换成热能的效率是 100100,但,但风能转换成电能的效率却很低风能转换成电能的效率却很低,因此从,因此从能量利用的角度看,这种方法是不可取的。能量利用的角度看,这种方法是不可取的。v 二是由风力机将风能转换成空气压缩能,再转二是由风力机将风能转换成空气压缩能,再转换成热能换成热能,即,即由风力机带动一离心压缩机
15、由风力机带动一离心压缩机,对空气,对空气进行绝热压缩而放出热能。进行绝热压缩而放出热能。v 三是将风力机直接转换成热能三是将风力机直接转换成热能。显然第三种方。显然第三种方法致热效率最高。法致热效率最高。风力机直接转换热能也有多种方风力机直接转换热能也有多种方法。最简单的是法。最简单的是搅拌液体致热搅拌液体致热,即风力机带动搅拌,即风力机带动搅拌器转动,从而使液体(水或油)变热(见下图)器转动,从而使液体(水或油)变热(见下图)1516目前可见到的发电类型目前可见到的发电类型v太阳能发电太阳能发电(光光-热发电、光热发电、光-伏发电伏发电)v潮汐能发电潮汐能发电 要有自然资源、地域优势称海水有
16、节奏的周期性涨落运动为潮汐,法国文学家称之为“大海的呼吸大海的呼吸”,潮汐现象的特点是每昼夜有两次每昼夜有两次高潮,而不是一次,“昼涨为潮,夜涨为汐”v风力发电风力发电17风力发电风力发电v 我国有很好的风力资源。开发风力是很我国有很好的风力资源。开发风力是很有潜力的。目前,尽管有潜力的。目前,尽管风能所能提供的电量风能所能提供的电量还不足全球总发电量的还不足全球总发电量的0.l0.l,但它将会很快但它将会很快成为人类可靠的动力来源之一。成为人类可靠的动力来源之一。v 预计,在未来的预计,在未来的2020年中,数以万计的风轮年中,数以万计的风轮机将会出现在世界风能资源丰富的地区,并机将会出现在
17、世界风能资源丰富的地区,并能满足能满足这些地区这些地区用电需求量的用电需求量的20203030。18风力发电风力发电 截至目前,我国的风电每风电每千瓦的综合造千瓦的综合造价价在七八千元,每在七八千元,每千瓦时千瓦时风电的还本付息成风电的还本付息成本价在本价在0.50.5元左右,一般元左右,一般8 8年时间就可以还完年时间就可以还完贷款。而风电机组的设计寿命通常为贷款。而风电机组的设计寿命通常为2020年,年,其运行和维护的费用通常只相当于风电机组其运行和维护的费用通常只相当于风电机组成本的成本的3%-5%3%-5%,发电所需要的风更是免费,发电所需要的风更是免费的。的。(水库蓄水是高代价的水库
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